第十一 讲功和机械能
第2节 机械能及其转化(6年5考)
一、动能和势能
1.能量：
物体能对外做功，表示这个物体具有 ， 简称能，单位是 (J).
2.动能
(1)概念：物体由于 而具有的能.
(2)影响因素：动能的大小跟物体的 和 有关.质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能
；速度相同的物体，质量越大，它的动能 .
3.重力势能
(1)概念：物体由于受到 并处在一定 时所具有的能.
(2)影响因素：重力势能的大小跟物体 和 有关.质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大.
4.弹性势能
(1)概念：物体由于 而具有的能.
(2)影响因素：弹性势能的大小是由 决定的.物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大.
【特别提醒】①有能量的物体能够做功，它可能正在做功，也可能目前没有做功，比如被举起的重锤就有重力势能，但当它静止在空中时没有做功；而当它下落将木桩打入地里，它就对木桩做了功；
②一个物体能够做的功越多，它具有的能量就越大，比如同一个重锤被举得越高，落下时把木桩砸入地里越深.这说明被举得越高的重锤能够做的功越多，所以说它具有的能量就越大，因此可以用做功的多少来衡量物体能量的大小.
二、机械能及其转化
1.机械能： 和 统称为机械能.
2.机械能的相互转化：动能和势能可以 .
【特别提醒】如果只有动能和势能的相互转化，那么这个体系中机械能是守恒的.如果在转化中存在摩擦阻力等消耗能量的因素，则机械能总量要 ，机械能 (填“守恒”或“不守恒”).
3.人造地球卫星的能量转化
(1)人造地球卫星在大气外层环绕地球运行，机械能是守恒的.
(2)卫星在近地点的动能最大，势能最小；在远地点的动能最小，势能最大.
(3)卫星由远地点向近地点运行时，重力势能逐渐变小，动能变大，速度变大；由近地点向远地点运行时，重力势能逐渐变大，动能变小，速度变小.动能最小，势能最大.
【即时训练】
火星探测器“天问一号”沿椭圆轨道绕火星运动时，不考虑空气阻力，只有动能和势能的相互转化，由近火点向远火点运动时，探测器的动能 ，机械能 .(填“变大”“变小”或“不变”)
探究物体的动能与哪些因素有关
1.实验装置图
2.实验方法
(1)转换法：通过 反映小球动能的大小.
(2)控制变量法：
①探究动能的大小与速度的关系时.控制小球 相同，使小球从斜面的不同高度由静止释放，比较木块移动的距离；
②探究动能的大小与质量的关系时，控制小球 相同，改变小球的质量，比较木块移动的距离.
3.实验结论：物体动能的大小与物体的质量和速度有关，质量相同的物体，运动速度越大，它的动能越 ；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越 .
4.交流与反思
(1)小球到达水平面后还能继续运动的原因：小球具有 .
(2)小球从斜面滚下时机械能的转化： .
(3)两物体碰撞后，一起运动一段距离后最终会停下来的原因：受到 的作用，该过程的能量转化： .
(4)实验中假设木板绝对光滑时会出现的情况：小球和木块将 .
(5)实验中木块被撞出水平面的改进措施：①换用较长或表面较粗糙的长木板进行实验；②换用质量较小的小球；③换用质量较大的木块等.
(6)实验结论的应用：严禁车辆超载、超速.
【母题】在“探究影响动能大小的因素”的实验中，如图1的甲、乙、丙所示，让质量为m、2m的两个钢球分别从斜面上由静止滚下，钢球撞击放在水平木板上的木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置.
甲
乙
丙
图1
◆基础练
(1)该实验所探究物体的动能是指 (填“木块”“钢球”或“斜面”)的动能.
(2)木块运动的距离越远，说明刚要撞击木块时钢球具有的动能越 .实验是通过比较木块被撞击后在水平木板上 来比较动能大小的，这种反映钢球动能大小的方法在物理学中叫 .
(3)将钢球放在同一斜面上由静止释放，在进行下一次实验前，应先将撞出的木块 ；让不同质量的两个钢球从同一高度静止滚下的目的是使两球到达水平木板时，具有相同的 .
(4)比较图1中 两次实验，可以探究动能大小与速度的关系；在这两次实验中，碰撞木块瞬间，图1中 实验的钢球动能较大.通过实验现象可以初步得出结论：质量相同的物体速度越大，动能越 .
(5)比较图1中甲、丙两次实验，探究的是动能大小与 的关系，通过实验现象可以初步得出结论：速度相同的两个物体， .
(6)该实验中若不用木块，在桌面上铺一条毛巾， (填“可以”或“不可以”)用钢球在毛巾表面滚动的距离来体现钢球动能的大小.
(7)去掉木块并添加毛巾、棉布等器材后，该装置还可用来探究 .
◆提升练
(8)如图2所示，在探究钢球动能与质量的关系时，有同学提议可以在水平桌面上将同一根弹簧压缩到相同的程度，分别弹出质量不同的两个钢球去撞击木块，先后两次实验中弹簧具有的弹性势能 (填“相同”或“不同”).撞击木块时钢球的动能 (填“相等”或“不相等”)，该方案 (填“正确”或“错误”).
图2
(9)如图3所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高 ，这是因为速度相同时，质量大的车 大，制动距离 ，安全隐患大；当制动距离相同时，不同车型的 要求就不同，因此要对不同车型设计不同的限制.
图3
机械能及其转化(6年5考)
1.(2023省卷5题3分)同学们正在进行排球训练，排球离开手后先向上运动，达到最高点后落下.下列说法正确的是 ( )
A.排球离开手上升过程中一直受到托力的作用
B.排球下落过程中重力势能减小，动能增大
C.排球运动到最高点时受平衡力的作用
D.排球运动过程中与空气摩擦产生热量，机械能不变
2.(2023省卷8题3分)(多选)2023年3月30日，“长征二号”丁运载火箭将“宏图一号”01组卫星发射升空，该组卫星是国际上首个四星编队飞行的对地成像系统.下列说法正确的是 ( )
A.火箭用液态氢作燃料，因为氢的热值较大
B.火箭升空过程中，以火箭为参照物，发射台是运动的
C.卫星在绕地球运行过程中运动状态不变
D.卫星升空过程中，动能增大，重力势能不变
3.(2024省卷13题第1空1分)2023年8月5日，我国14岁的全红婵以创奥运纪录的高分夺得东京奥运会10米跳台冠军.她从跳台上跳下，在下落过程中忽略空气阻力，她的重力势能转化为 能.
4.(2023省卷11题2分)第24届冬奥会于2024年在北京-张家口举办，高山滑雪是冬奥会的重要竞赛项目之一.滑雪运动员从山顶加速下滑训练，在下滑过程中运动员的动能 ，重力势能 .(均填“减小”“增大”或“不变”)第十一 讲功和机械能
第2节 机械能及其转化(6年5考)
一、动能和势能
1.能量：
物体能对外做功，表示这个物体具有能量， 简称能，单位是焦耳(J).
2.动能
(1)概念：物体由于运动而具有的能.
(2)影响因素：动能的大小跟物体的质量和速度有关.质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能
越大；速度相同的物体，质量越大，它的动能越大.
3.重力势能
(1)概念：物体由于受到重力并处在一定高度时所具有的能.
(2)影响因素：重力势能的大小跟物体所受重力和位置高度有关.质量越大，位置越高，它具有的重力势能就越大.
4.弹性势能
(1)概念：物体由于发生弹性形变而具有的能.
(2)影响因素：弹性势能的大小是由弹性形变决定的.物体的弹性形变越大，它具有的弹性势能就越大.
【特别提醒】①有能量的物体能够做功，它可能正在做功，也可能目前没有做功，比如被举起的重锤就有重力势能，但当它静止在空中时没有做功；而当它下落将木桩打入地里，它就对木桩做了功；
②一个物体能够做的功越多，它具有的能量就越大，比如同一个重锤被举得越高，落下时把木桩砸入地里越深.这说明被举得越高的重锤能够做的功越多，所以说它具有的能量就越大，因此可以用做功的多少来衡量物体能量的大小.
二、机械能及其转化
1.机械能：动能和势能统称为机械能.
2.机械能的相互转化：动能和势能可以相互转化.
【特别提醒】如果只有动能和势能的相互转化，那么这个体系中机械能是守恒的.如果在转化中存在摩擦阻力等消耗能量的因素，则机械能总量要减小，机械能不守恒(填“守恒”或“不守恒”).
3.人造地球卫星的能量转化
(1)人造地球卫星在大气外层环绕地球运行，机械能是守恒的.
(2)卫星在近地点的动能最大，势能最小；在远地点的动能最小，势能最大.
(3)卫星由远地点向近地点运行时，重力势能逐渐变小，动能变大，速度变大；由近地点向远地点运行时，重力势能逐渐变大，动能变小，速度变小.动能最小，势能最大.
【即时训练】
火星探测器“天问一号”沿椭圆轨道绕火星运动时，不考虑空气阻力，只有动能和势能的相互转化，由近火点向远火点运动时，探测器的动能变小，机械能不变.(填“变大”“变小”或“不变”)
探究物体的动能与哪些因素有关
1.实验装置图
2.实验方法
(1)转换法：通过木块移动的距离反映小球动能的大小.
(2)控制变量法：
①探究动能的大小与速度的关系时.控制小球质量相同，使小球从斜面的不同高度由静止释放，比较木块移动的距离；
②探究动能的大小与质量的关系时，控制小球下滑的高度相同，改变小球的质量，比较木块移动的距离.
3.实验结论：物体动能的大小与物体的质量和速度有关，质量相同的物体，运动速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大.
4.交流与反思
(1)小球到达水平面后还能继续运动的原因：小球具有惯性.
(2)小球从斜面滚下时机械能的转化：重力势能转化为动能.
(3)两物体碰撞后，一起运动一段距离后最终会停下来的原因：受到摩擦力的作用，该过程的能量转化：动能转化为内能.
(4)实验中假设木板绝对光滑时会出现的情况：小球和木块将一直做匀速直线运动.
(5)实验中木块被撞出水平面的改进措施：①换用较长或表面较粗糙的长木板进行实验；②换用质量较小的小球；③换用质量较大的木块等.
(6)实验结论的应用：严禁车辆超载、超速.
【母题】在“探究影响动能大小的因素”的实验中，如图1的甲、乙、丙所示，让质量为m、2m的两个钢球分别从斜面上由静止滚下，钢球撞击放在水平木板上的木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停止的位置.
甲
乙
丙
图1
◆基础练
(1)该实验所探究物体的动能是指钢球(填“木块”“钢球”或“斜面”)的动能.
(2)木块运动的距离越远，说明刚要撞击木块时钢球具有的动能越大.实验是通过比较木块被撞击后在水平木板上运动的距离来比较动能大小的，这种反映钢球动能大小的方法在物理学中叫转换法.
(3)将钢球放在同一斜面上由静止释放，在进行下一次实验前，应先将撞出的木块放回原位；让不同质量的两个钢球从同一高度静止滚下的目的是使两球到达水平木板时，具有相同的速度.
(4)比较图1中甲、乙两次实验，可以探究动能大小与速度的关系；在这两次实验中，碰撞木块瞬间，图1中乙实验的钢球动能较大.通过实验现象可以初步得出结论：质量相同的物体速度越大，动能越大.
(5)比较图1中甲、丙两次实验，探究的是动能大小与质量的关系，通过实验现象可以初步得出结论：速度相同的两个物体，质量越大，动能越大.
(6)该实验中若不用木块，在桌面上铺一条毛巾，不可以(填“可以”或“不可以”)用钢球在毛巾表面滚动的距离来体现钢球动能的大小.
(7)去掉木块并添加毛巾、棉布等器材后，该装置还可用来探究阻力对物体运动的影响.
◆提升练
(8)如图2所示，在探究钢球动能与质量的关系时，有同学提议可以在水平桌面上将同一根弹簧压缩到相同的程度，分别弹出质量不同的两个钢球去撞击木块，先后两次实验中弹簧具有的弹性势能相同(填“相同”或“不同”).撞击木块时钢球的动能相等(填“相等”或“不相等”)，该方案错误(填“正确”或“错误”).
图2
(9)如图3所示的交通标志牌是交通管理部门对不同车型设定的最高速度，这是因为速度相同时，质量大的车动能大，制动距离远，安全隐患大；当制动距离相同时，不同车型的速度要求就不同，因此要对不同车型设计不同的限制.
图3
机械能及其转化(6年5考)
1.(2023省卷5题3分)同学们正在进行排球训练，排球离开手后先向上运动，达到最高点后落下.下列说法正确的是 (B)
A.排球离开手上升过程中一直受到托力的作用
B.排球下落过程中重力势能减小，动能增大
C.排球运动到最高点时受平衡力的作用
D.排球运动过程中与空气摩擦产生热量，机械能不变
2.(2023省卷8题3分)(多选)2023年3月30日，“长征二号”丁运载火箭将“宏图一号”01组卫星发射升空，该组卫星是国际上首个四星编队飞行的对地成像系统.下列说法正确的是 (AB)
A.火箭用液态氢作燃料，因为氢的热值较大
B.火箭升空过程中，以火箭为参照物，发射台是运动的
C.卫星在绕地球运行过程中运动状态不变
D.卫星升空过程中，动能增大，重力势能不变
3.(2024省卷13题第1空1分)2023年8月5日，我国14岁的全红婵以创奥运纪录的高分夺得东京奥运会10米跳台冠军.她从跳台上跳下，在下落过程中忽略空气阻力，她的重力势能转化为动能.
4.(2023省卷11题2分)第24届冬奥会于2024年在北京-张家口举办，高山滑雪是冬奥会的重要竞赛项目之一.滑雪运动员从山顶加速下滑训练，在下滑过程中运动员的动能增大，重力势能减小.(均填“减小”“增大”或“不变”)
